Устройства плавного пуска (УПП) (Softstart)
Влияние на сам двигатель. Пиковые броски тока в переходном процессе пуска (6-7-кратные по отношению к номинальному) приводят к значительным усилиям на проводники, расположенные в лобовых частях обмотки электродвигателя, и как следствие - к ослаблению бандажирования обмотки, постепенному нарушению (перетиранию) изоляции и преждевременному выходу двигателя из строя по причине короткого замыкания витков обмотки.
Влияние на питающую сеть. При питании от автономных генераторов, особенно в конце линии электропередачи, падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания и этой линии при протекании больших пусковых токов приводит к просадке напряжения в сети, что отрицательно сказывается на работе другого подключенного к ней оборудования (компьютеры, связь, терминалы релейной защиты и др.), а сам двигатель может не запуститься из-за снижения его момента пропорционально квадрату просадки напряжения.
Влияние на технологический процесс. Пиковые моменты переменного знака, развиваемые двигателем при пуске (4-5-кратные по отношению к номинальному), приводят к постепенному увеличению зазоров в механических соединениях между двигателем и механизмом, кроме того, в ряде случаев вредно сказываются на технологическом процессе, где такие механические нагрузки недопустимы (например, магистральные конвейеры, когда происходит вытягивание приводного ремня, вентиляторы и смесители в случае опасности деформирования лопастей, системы транспортировки развешанных, уложенных или хрупких материалов при возможности их раскачивания, падения или рассыпания и т.д.).
Эффективным способом устранения указанных недостатков является пуск и останов двигателя через устройство плавного пуска (УПП), позволяющее как плавно, с заданным темпом, увеличивать напряжение, подаваемое на двигатель при разгоне, с последующим его переключением на шунтирующий контактор, так и плавно уменьшать напряжение при останове.
Наиболее простой способ останова двигателя – на выбеге, когда он отключается от сети. При этом развиваемый двигателем момент скачком падает до нуля и происходит его неконтролируемый останов за счет действия сил сухого трения и сопротивления нагрузки, который может протекать достаточно быстро (менее 1 с). Поэтому для возможности задавать и контролировать время останова в УПП типа SSM введен дополнительный режим – плавное замедление – когда напряжение, подаваемое на двигатель, плавно снижается с заданным темпом, плавно уменьшая в процессе останова и момент на валу. Снижение напряжения происходит за заданное время (1-60 с), и время останова может превышать в несколько раз время останова на выбеге.
Чаще всего данная функция используется для уменьшения резких изменений давления в трубопроводах систем подачи или перекачки жидкости (вода, нефть и т.д.), которые сопровождаются гидравлическим ударом и хлопаньем обратного клапана. Действительно, в таких системах жидкость нагнетается из области меньшего в область большего давления. Разность этих давлений в статическом режиме называется «статическим напором системы». Когда насос отключается, его выходное давление быстро падает до нуля и статический напор заставляет жидкость двигаться в противоположную сторону. Для исключения этого явления в любом месте системы (чаще всего на выходе насоса) устанавливают обратный клапан, допускающий протекание жидкости только в одном направлении. Когда клапан закрывается, скорость движущейся жидкости внезапно падает до нуля. Поскольку жидкость не может сжиматься, запасенная кинетическая энергия преобразуется в ударную волну, которая перемещается по трубопроводной сети в поисках выхода для ее рассеивания. Звук, создаваемый ударной волной, называют «гидравлическим ударом» (рис. 1а). Энергия ударной волны может быть чрезвычайно опасна для труб, соединительных муфт, фланцев, уплотнений и других монтажных конструкций.
При использовании функции «плавное замедление» крутящий момент двигателя насоса медленно снижается, постепенно снижая и давление в трубе. Когда выходное давление насоса станет чуть ниже статического напора, поток плавно меняет направление на обратное и закрывает обратный клапан. К этому времени движущаяся жидкость обладает уже очень малой кинетической энергией, и ударная волна не образуется. Когда выходное напряжение устройства, подаваемое на двигатель, станет достаточно низким и необходимость в нем отпадает, УПП-SSM завершит цикл плавного замедления и отключится.